JP4880089B2 - 連続鋳造設備 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片通路を挟んで対向配置される支持ロールを複数備えた連続鋳造設備に関する。
本願は、２００９年４月１４日に、日本に出願された特願２００９−０９７６８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

溶融金属から鋳片を製造する連続鋳造設備には、タンディッシュから鋳型を通じて引き出される鋳片を通過させる鋳片通路、鋳片通路を挟んで対向配置される一対のロール群等が設けられている。ロール群には、鋳片を案内する複数の支持ロールが、鋳片の鋳造方向に並べて配置されている。各支持ロールは、鋳片の幅方向に延伸する中心軸を回転中心軸としてそれぞれ回転可能に設けられ、これらの支持ロールによって鋳片を挟んだ状態で支持しながら、鋳片を所定の鋳造方向に引き出して搬送する。各支持ロールは、鋳片の移動に伴ってそれぞれ回転し、これにより、鋳片が円滑に案内される。

この連続鋳造設備において、鋳型より下方では、鋳片に未凝固溶鋼の静圧によるバルジングが生じることがある。特に、上述した支持ロールはその両端を軸受部で支持されているため、鋳片の幅方向の中央付近で支持ロールがたわむことにより鋳片の幅方向の中央付近のバルジング量が大きくなる。そこで従来より、バルジング量を小さくするため、支持ロールを鋳片の幅方向に複数の分割ロールに分割し、これらの分割ロール間を中間軸受部で支持した支持ロールが用いられている（特許文献１）。

また、このバルジングを抑制するため、連続鋳造中に鋳片の固相率が０．３〜０．９に相当する位置において、下流側の支持ロール間の間隔を上流側の支持ロール間の間隔よりも小さくすることも提案されている（特許文献２）。

日本国特開２００７−３００１２号公報 日本国特開２００５−１９３２６５号公報

しかしながら、本発明者らが調べたところ、支持ロールを複数の分割ロールに分割しただけでは、バルジングを十分に抑制できない場合があることが分かった。例えば一の支持ロール中の鋳片幅方向に隣り合う分割ロール間には、ロールが鋳片と接しない非支持部分が存在する。この分割ロール間の間隔を一定にしても、非支持部分においてバルジング量を抑制できる場合とできない場合があり、必ずしも十分なバルジング抑制が達成されていないことが分かった。そして、このバルジングにより鋳片の内部欠陥である中心偏析が発生し、鋳片品質が悪化していた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、鋳片のバルジング量を小さくして、この鋳片の中心偏析を抑制することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の一態様にかかる連続鋳造設備は、鋳片の通路を挟んで対向配置される複数の支持ロールを備えた連続鋳造設備であって、それぞれの前記支持ロールは、前記鋳片の幅方向に沿って配置された複数の分割ロールを有し、連続鋳造工程中の前記鋳片の中心固相率が０．２以上かつ１．０未満となる前記通路上の位置に配置された前記各支持ロールについて：前記支持ロール中の前記鋳片の前記幅方向で隣り合う前記分割ロール間の間隔を間隔Ａ（ｍｍ）と定義し、前記支持ロールの鋳造方向下流側の隣の支持ロールから前記支持ロールの鋳造方向上流側の隣の支持ロールまでの距離を距離Ｂ（ｍｍ）と定義したとき、間隔Ａ及び距離Ｂが、下記（１）および（２）式を満たす。
Ａ≦０．００１×Ｂ^２−１．５×Ｂ＋７３５・・・・（１）
４００≦Ｂ＜６８０・・・・（２

本発明によれば、鋳片のバルジング量を小さくして、この鋳片の中心偏析を抑制することができる。

本実施の形態にかかる連続鋳造設備の構成の概略を示す説明図である。 ロールセグメント装置の構成を側面から見て模式的に示した説明図である。 ロールセグメント装置の構成を側面から見て模式的に示した説明図である。 分割ロールの平面配置を示した説明図である。 非支持帯幅とバルジング指数の関係を示したグラフである。 非支持帯長さと非支持帯幅の関係を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる連続鋳造設備１の構成の概略を示す説明図である。

連続鋳造設備１は、図１に示すように、溶鋼を貯留するタンディッシュ２、タンディッシュ２の底部から鋳型３に溶鋼を注入するノズル４、鋳型３から引き出される鋳片Ｈを通過させる鋳片通路５、及び鋳片通路５を挟んで対向配置される一対のロール群６、７を備えている。

一対のロール群６、７は、鋳片Ｈを鋳片通路５に沿った鋳造方向Ｄ_１に案内するように、鋳片通路５の可動面側（いわゆるＬ面側で、以下、「内周側」と記載する場合がある）と固定面側（いわゆるＦ面側で、以下、「外周側」と記載する場合がある）にそれぞれ設けられている。内周側のロール群６は、鋳片通路５内の鋳片Ｈの内周側を案内する複数の支持ロール１０を有している。各支持ロール１０は、その中心軸が鋳片Ｈの幅方向に向くように、鋳造方向Ｄ_１に沿って一列に配置されている。また、外周側のロール群７は、鋳片通路５内の鋳片Ｈの外周側を案内する複数の支持ロール１１を有している。各支持ロール１１は、その中心軸が鋳片Ｈの幅方向に向くように、鋳造方向Ｄ_１に沿って一列に配置されている。

支持ロール１０、１１は、図２及び図３に示すように、ロールセグメント装置２０に取り付けられている。ロールセグメント装置２０は、内周側の支持ロール１０が複数取り付けられる内周側のフレーム２１と、外周側の支持ロール１１が複数取り付けられる外周側のフレーム２２を有している。内周側のフレーム２１と外周側のフレーム２２との間には、これら内周側のフレーム２１と外周側のフレーム２２を支持し、支持ロール１０、１１間の間隔を調整するための支持部材２３が設けられている。支持部材２３には、油圧シリンダ２４が設けられている。なお、支持部材２３としては、例えばシリンダロッドや円筒体が用いられる。円筒体を用いる場合、支持部材２３は、螺合形式によりその長さを調整する構成が好ましい。例えば、螺合部を挟んで２つに分割される構成や、もしくは支持部材２３と外周側のフレーム２２との間に螺合部が配置される構成などを採用できる。

内周側の支持ロール１０は、鋳片Ｈの幅方向Ｄ_２に複数、例えば３つの分割ロール３０ａ、３０ｂ、３０ｃに分割されている。各分割ロール３０は略円柱形状をなし、その中心には鋳片幅方向Ｄ_２に延伸するシャフト３１が挿通している。各分割ロール３０とシャフト３１は一体物の構造でもよく、別個の構造でもよい。また、シャフト３１は中間軸受部３３で軸方向に分割されてもよい。かかる構成により、分割ロール３０はシャフト３１を中心に回転可能である。シャフト３１の両端部には、端部軸受部３２が設けられている。また、分割ロール３０間のシャフト３１には、中間軸受部３３（図２を参照）が設けられている。シャフト３１が中間軸受部３３で軸方向に分割される場合には、中間軸受部３３に軸受が２個配置される。これら端部軸受部３２と中間軸受部３３は、内周側のフレーム２１に支持されている。

ここで、一つの支持ロールに対して上記の鋳造方向の両隣の支持ロール（つまり鋳造方向下流側の隣の支持ロール及び鋳造方向上流側の隣の支持ロール）間の距離Ｂ（ｍｍ）は、図４に示す様な平面視において、各ロールの中央部の距離と定義される。

発明者らが鋭意研究を重ねた結果、鋳片の中心偏析を十分に抑制するためには、支持ロール間の鋳造方向の間隔を調整のみでは不十分であることを見出した。一方、上記調整に加えて、支持ロール間の鋳造方向の間隔に対応して、一の支持ロールにおいて鋳片幅方向に隣り合う分割ロール間の間隔を適切な範囲に調整することによって、中心偏析の抑制効果が著しく向上する。すなわち、中心偏析の原因となるバルジング量を十分に抑制するためには、従来のように一次元的に分割ロール配置を調整するのみでは不十分であり、二次元的に支持ロール配置および分割ロール配置を調整する必要があることが分かった。そこで、一の支持ロールにおいて鋳片幅方向に隣り合う分割ロール間の鋳片の非支持部分を中心として、この一の支持ロールの鋳造方向の両隣の支持ロール（上記一の支持ロールから見て鋳造方向の前方隣の支持ロール、および上記一の支持ロールから見て鋳造方向の後方隣の支持ロール；以下単に両隣の支持ロールとも記載する）に渡る範囲の２次元平板（鋳片）の変形を解析し、バルジング量を評価した。そして、バルジング量と中心偏析との関係から、中心偏析を十分に抑制するための条件として、上記式（１）を導出した。

また、一の支持ロールの両隣の支持ロール間の間隔が６８０ｍｍ以上であると、上記式（１）を満たす場合であっても、バルジング量が大きくなり過ぎて、中心偏析を十分に抑制できないことが分かった。そこで、上記式（２）において上限値を６８０ｍｍとした。
なお、上記式（２）において下限値である４００ｍｍは、連続鋳造設備において支持ロールを実際に設置可能な最小の間隔として決定した。

以上のように、本発明の連続鋳造設備には、上記式（１）及び式（２）を満たすように支持ロール（分割ロール）が配置されている。このため、鋳片のバルジング量を小さくして、この鋳片の中心偏析を十分に抑制することができる。

なお、中心固相率とは、鋳片厚み方向の中心部で、かつ、鋳片幅方向の溶融部分の固相率と定義できる。
また、中心固相率は、伝熱・凝固計算によって求めることができ、伝熱・凝固計算としては、エンタルピー法や等価比熱法などが広く知られており、いずれの方法を用いても良い。また、簡易的には、下記の式が広く知られており、この式を用いても良い。
中心固相率＝（液相線温度−溶融部温度）／（液相線温度−固相線温度）
ここで、溶融部温度とは、鋳片厚み方向の中心部で、かつ、鋳片幅方向の溶融部分の温度を意味しており、伝熱・凝固計算によって求めることができる。また、液相線温度は、例えば、「鐵と鋼、日本鐡鋼協會々誌、Ｖｏｌ．５５、Ｎｏ．３（１９６９０２２７）Ｓ８５、社団法人日本鉄鋼協会」を参照して、また、固相線温度は、例えば、「平居、金丸、森；学振１９委、第５回凝固現象協議会資料、凝固４６（１９６８年１２月）」を参照して、それぞれ算出することができる。

分割ロール３０は、図４に示すようにいわゆる千鳥状（キャッチステッチ状）に配置されている。つまり、分割ロール間のギャップが、鋳造方向に沿って一列に整列しないように、ジグザグに配置される。そして、連続鋳造中に、ロール群６における鋳片Ｈの中心固相率が０．２以上かつ１．０未満に相当する位置にある支持ロール１０ａにおいては、支持ロール１０ａを構成している分割ロール３０の間隔、すなわち鋳片幅方向Ｄ_２に隣り合う分割ロール３０ａ、３０ｂ間の間隔Ａ（以下、「非支持帯幅Ａ」という場合がある。）と、この支持ロール１０ａの鋳造方向Ｄ_１の両隣の支持ロール１０ｂ、１０ｃ間の距離（間隔）Ｂ（以下、「非支持帯長さＢ」という場合がある。）が、下に再掲する式（１）及び式（２）を満たすように設定されている。これら式（１）及び式（２）の詳細な説明については後述する。なお、非支持帯幅Ａの最小値は、実際に分割ロール３０を設置可能な値として、例えば１００ｍｍ程度である。
Ａ≦０．００１×Ｂ^２−１．５×Ｂ＋７３５・・・・（１）
４００≦Ｂ＜６８０・・・・（２）
但し、Ａは支持ロール１０ａ中の鋳片幅方向Ｄ_２に隣り合う分割ロール３０ａ、３０ｂ間の間隔（ｍｍ）であり、Ｂは支持ロール１０ａの鋳造方向Ｄ_１の両隣の支持ロール１０ｂ、１０ｃ間の間隔（ｍｍ）である。

図２及び図３に示すように、外周側の支持ロール１１も、内周側の支持ロール１０と同様に、鋳片Ｈの幅方向Ｄ_２に複数、例えば３つの分割ロール４０ａ、４０ｂ、４０ｃに分割されている。各分割ロール４０は略円柱形状をなし、その中心には鋳片幅方向Ｄ_２に延伸するシャフト４１が挿通している。各分割ロール４０とシャフト４１は一体物の構造となる場合と別個の構造となる場合がある。またシャフト４１は中間軸受部４３で軸方向に分割される場合がある。かかる構成により、分割ロール４０はシャフト４１を中心に回転可能になっている。シャフト４１の両端部には、端部軸受部４２が設けられている。また、分割ロール４０間のシャフト４１には、中間軸受部４３が設けられている。シャフト４１が中間軸受部４３で軸方向に分割される場合には、中間軸受部４３に軸受が２個必要となる。これら端部軸受部４２と中間軸受部４３は、外周側のフレーム２２に支持されている。なお、分割ロール４０の平面配置については、図４で説明した内周側の分割ロール３０の平面配置と同様であるので説明を省略する。すなわち、支持ロール１１と分割ロール４０は、上記式（１）及び式（２）を満たすように配置されている。

以上のように構成された連続鋳造設備１の作用について説明する。先ず、タンディッシュ２に貯留された溶鋼がノズル４を介して鋳型３に注入される。鋳型３内では、溶鋼の外周から冷却されて凝固し、鋳片Ｈが形成される。鋳片Ｈは、鋳型３から鋳片通路５に引き出され、ロール群６、７に案内されながら、鋳造方向Ｄ_１に沿って下流側に移動する。この際、ロール群６、７における支持ロール１０、１１間の距離は、ロールセグメント装置２０により鋳片Ｈが所定の厚みになるように調整されている。そして、鋳片Ｈは、鋳片通路５を通過中にさらに冷却されて、内部まで凝固する。

次に、上述した式（１）及び式（２）について説明する。発明者らは鋭意研究を重ねた結果、鋳片の中心偏析を十分に抑制するためには、支持ロール間の間隔を調整すると共に、一の支持ロールにおいて隣り合う分割ロール間の間隔も調整する必要があることを見出した。すなわち、中心偏析の原因となるバルジング量を十分に抑制するためには、ロール間の間隔を二次元的に調整する必要があることが分かった。

そこで、図４に示すように、支持ロール１０ａにおいて鋳片幅方向Ｄ_２に隣り合う分割ロール３０ａ、３０ｂ間の鋳片Ｈの非支持部分を中心として、支持ロール１０ａの鋳造方向Ｄ_１の両隣の支持ロール１０ｂ、１０ｃまで広がる２次元平板（非支持帯Ｓ）の鋳片厚み方向の変形量（以下、「バルジング量」と記載する。）を有限要素法を用いて解析し、バルジング量を評価した。バルジング量の評価は、鋳片Ｈの中心固相率が０．８に相当する位置のロール群６において行った。この中心固相率は０．２以上かつ１．０未満の範囲内である。この中心固相率は、鋳片Ｈの中心固相率が０．２以上かつ１．０未満の範囲において、鋳片Ｈのバルジングが発生して中心偏析が生じることを、別途、確認していたため、その代表値として設定した。また、非支持帯Ｓにおいて、非支持帯幅Ａを４００ｍｍ以下の範囲で変化させ、非支持帯長さＢを４５０ｍｍ、５６０ｍｍ、６００ｍｍ、６４０ｍｍ、６８０ｍｍで変化させて、バルジング量の評価を行った。

かかるバルジング量の評価結果を図５に示す。図５の横軸は、非支持帯幅Ａを示している。また、図５の縦軸は、非支持帯幅Ａが０ｍｍ、かつ非支持帯長さＢが５６０ｍｍにおけるバルジング量を１とした場合のバルジング量の比率を示しており、これをバルジング指数と定義している。なお、非支持帯幅Ａが０ｍｍとは支持ロールが分割されていない場合を意味する。非支持帯長さＢは２８０ｍｍとなるが、支持ロールが分割されている場合と比較するために、非支持帯幅Ａが０ｍｍの場合でも、便宜上、非支持帯長さＢを５６０ｍｍと表記している。
また、非支持帯幅Ａが０ｍｍで支持ロールが分割されていない場合、実際には前述の通り、支持ロールがたわむことによりバルジングが生じるという問題がある。しかし、ここでは、非支持帯幅Ａおよび非支持帯長さＢを変化させた場合の検討を行う際に、非支持帯幅Ａが０ｍｍの場合をバルジング量が最も少ない場合の基準とするために、支持ロールがたわむことなく操業できるものと仮定した。
ここで、非支持帯幅Ａが０ｍｍ、かつ非支持帯長さＢが５６０ｍｍにおけるバルジング量を基準としたのは、分割されていない支持ロール（Ａ＝０ｍｍ）を用いる場合に、通常、設定されている鋳造方向Ｄ_１の支持ロール間隔が２８０ｍｍ程度であることに基づいている。そこで、発明者らが調べたところ、バルジング指数が２．８以下であると鋳片Ｈの中心偏析を十分に抑制できることが分かった。すなわち、図５中の太い点線より下の範囲が中心偏析を抑制できる範囲であることが分かった。

そこで、バルジング指数が２．８以下の条件を満たすような非支持帯幅Ａと非支持帯長さＢとの関係を求めた。すなわち、非支持帯長さＢを変動させた場合に、バルジング指数が２．８以下となる非支持帯幅Ａをそれぞれ求めた。この範囲の非支持帯幅Ａと非支持帯長さＢを図６に示すようにプロットした。そして、図６中のプロットを多項式近似し、上記式（１）の関係式を導出した。

また、図５に示すとおり、非支持帯長さＢが６８０ｍｍ以上の場合では、非支持帯幅Ａを小さくしても、非支持帯長さＢが大き過ぎることにより、中心偏析が全体的に悪化することが判明した。また、非支持帯幅Ａが０ｍｍ（すなわち、分割されていない支持ロールを用いた場合）では、バルジング指数が２．０以上（図５中の細い点線より上の範囲）で、中心偏析を十分に抑制できないことも、併せて分かった。そこで、上記式（２）において非支持帯長さＢの上限値を６８０ｍｍとした。なお、上記式（２）において下限値である４００ｍｍは、連続鋳造設備１において鋳造方向Ｄ_１に隣り合う支持ロール１０、１１の実際に設置可能な最小の間隔が２００ｍｍであることに基づき決定されている。

以上の実施の形態によれば、鋳片Ｈの中心固相率が０．８の場合を用いて説明したが、０．２以上かつ１．０未満に相当する複数位置において同様の実験を行った結果、いずれも上記と同様の結果が得られた。

以上、述べたとおり、本発明によれば、鋳片Ｈの中心固相率が０．２以上かつ１．０未満に相当する位置のロール群６、７において、支持ロール１０、１１（分割ロール３０、４０）が上記式（１）及び式（２）を満たすように配置されているので、鋳片通路５を通過中の鋳片Ｈのバルジング量を小さくすることができる。したがって、鋳片Ｈの中心偏析を十分に抑制することができ、品質の高い鋳片を製造することができる。

なお、本発明の一態様の装置は以下のようにも記載できる：鋳片通路を挟んで対向配置される支持ロールを複数備えた連続鋳造設備であって、前記支持ロールは、鋳片の幅方向に複数の分割ロールに分割され、連続鋳造中に鋳片の中心固相率が０．２以上かつ１．０未満に相当する位置の支持ロールにおいて、当該支持ロール中の鋳片幅方向に隣り合う分割ロール間の間隔Ａと、前記鋳片幅方向に隣り合う分割ロール間における鋳造方向の両隣の支持ロール間の間隔Ｂは、上記式（１）及び上記式（２）を満たすことを特徴とする。

本発明は、鋳片通路を挟んで対向配置される支持ロールを複数備えた連続鋳造設備に有用である。

１ 連続鋳造設備
２ タンディッシュ
３ 鋳型
４ ノズル
５ 鋳片通路
６、７ ロール群
１０、１１ 支持ロール
２０ ロールセグメント装置
２１、２２ フレーム
２３ 支持部材
２４ 油圧シリンダ
３０、４０ 分割ロール
３１、４１ シャフト
３２、４２ 端部軸受部
３３、４３ 中間軸受部
Ｈ 鋳片
Ｓ 非支持帯

Claims (1)

1. 鋳片の通路を挟んで対向配置される複数の支持ロールを備えた連続鋳造設備であって、
   それぞれの前記支持ロールは、前記鋳片の幅方向に沿って配置された複数の分割ロールを有し、
   連続鋳造工程中の前記鋳片の中心固相率が０．２以上かつ１．０未満となる前記通路上の位置に配置された前記各支持ロールについて：
   前記支持ロール中の前記鋳片の前記幅方向で隣り合う前記分割ロール間の間隔を間隔Ａ（ｍｍ）と定義し、
   前記支持ロールの鋳造方向下流側の隣の支持ロールから前記支持ロールの鋳造方向上流側の隣の支持ロールまでの距離を距離Ｂ（ｍｍ）と定義したとき、間隔Ａ及び距離Ｂが、
   Ａ≦０．００１×Ｂ^２−１．５×Ｂ＋７３５・・・・（１）
   および
   ４００≦Ｂ＜６８０・・・・（２）
   を満たすことを特徴とする連続鋳造設備。

Images